蒋明谦

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蒋明谦,有机化学家。毕生致力于理论有机方面的科学研究和人才培养。在研究结构性能定量关系方面进行了开拓性工作,提出诱导效应指数,提出同系因子,发现同系线性规律,随后又发现了共轭基团的结合规律,在理论有机方面做出了重要贡献。

蒋明谦 - 人物简历

1910年11月10日 生于四川省蓬溪县。
1929年9月 考入北京大学理预科。
1931年9月 升入北京大学化学系。
1935年9月—1941年 北京大学化学系助教、讲师。
1941—1943年 在美国马利兰大学药学院留学,获硕士学位。
1944年5月 获美国伊利诺大学化学系哲学博士学位。
1944—1947年 美国礼来公司研究所研究员。
1947—1950年 北平研究院化学研究所研究员。
1950—1956年 任北京大学化学系、北京医学院药学系教授。
1950—1952年 《化学》杂志副主编。
1952—1956年 兼任中国科学院有机化学研究所研究员。
1956年—   任中国科学院化学研究所研究室主任、研究员。
1956—1963年 《化学学报》副主编。
1978—1986年 当选为中国化学会第二十届理事会常务理事、第二十一届理事会理事。
1980年—   被选为中国科学院学部委员。

蒋明谦 - 生平概况

蒋明谦,1910年11月10日生于四川省蓬溪县集风乡。少年时喜欢文学,中学毕业后受“科学救国”的影响,1931年考入北京大学化学系。课余时间他除了查参考书、写笔记外,就是读诗、写诗,但更爱自然科学读物。为了多买一本书,宁愿少吃一顿饭。他把寒暑假日作为写文章、读书的好时机,写过不少通俗性文章,。对科学研究有极大兴趣,大学后期就在曾昭抡指导下研究有机合成、有机元素分析,并探索元素周期性如何用定量形式表征,与合作者在国内外化学和物理杂志先后发表了“元素周期性”、“元素原子量交递现象”等论文。1935年于北京大学毕业后留校任教。

1937年“七七”事变后,北京大学、清华大学、南开大学等校南迁,在昆明成立西南联合大学。蒋明谦对国土沦丧非常悲愤,与友人游安宁笔架山,曾在山上搬石垒成“还我河山”四字,并写诗一首,最后两句是“乐游未减河山恨,垒字山头矢不忘”。他将悲愤化为力量,一面指导学生做实验,一面继续做有机合成和有机分析的研究。蒋明谦对工作一贯一丝不苟,写作、论述条理严谨,试验井井有条,非常爱惜仪器,注意节约试剂。他的严谨的工作作风,不仅受到教授们的赞许,也为学生树立了很好的榜样。

1940年,蒋明谦考取清华大学公费留学美国,1941年底到美国马里兰大学药学院随年轻有为的药物化学家哈同学习药物化学。哈同认为学习药物化学应该以药物的结构与药理作用关系为中心,这对蒋颇有启发。他回国后在北京大学医学院药学系就是以这种思想为基础教授药物化学的。1943年,蒋明谦获硕士学位后又到伊利诺大学化学系攻读博士学位,在亚当斯指导下学习有机化学。当时亚当斯被誉为美国化学界的泰斗,他主张把化学作为一个整体来看待。在此一思想启示下,蒋明谦读了亚当斯《有机合成》及《有机反应》两本书,体会到有机化学既要重视基团的共性,又要重视基团的特殊性;既强调共同的规律性,又要考虑例外;应将各种不同的分子和基团联系起来看待,有机分子之间是互有联系的整体,而不是一个个孤立的个体。这就需要设法来表达化合物的共性,也需要有一定的手段来区别化合物的特性。在这种思想指导下,蒋明谦认为需要有一种定量的方法来表达分子或基团的相对活性。当时他想利用颇为流行的原子电负性作为计量的指数,提出用原子电负性来表达基团电负性的设想,导致后来产生《诱导效应指数》 。

1944年他取得博士学位,被选为美国化学荣誉学会会员,并授予美国自然科学会员称号。并应礼来公司药物研究所的邀请任研究员,从事药物合成方法的研究。

1947年4月,蒋明谦回国,任北平研究院化学研究所研究员。1948年被选为美国科学促进协会会员。

中华人民共和国建立后,原化学所迁并到上海有机化学研究所,蒋明谦被聘为北京大学化学系、北京医学院药学系教授,讲授《理论有机化学》及《高等药物化学》 。他一面教课,一面进行研究工作,把全部时间和精力都倾注在培育人才和发展科学事业上。1950—1956年,他在北京大学化学系培育了五个班级学生及两批研究生,在北京医学院药学系培育了十个班级学生。他教药物化学的方法,是在总结大量文献的基础上,创造性地把药物的分子结构同药理作用结合起来,从有机结构理论的高度阐明设计和选择药物的原理。这在当时的药物化学教学中是独具风格的。他不仅为新中国培养了一批药物化学工作者,而且完成了64万字的巨著《高等药物化学》(1958年科学出版社),在药学界有相当大的影响,至今仍为药学院校学生及有关生产单位工作者必读的参考书。他除教学生专业知识外,同时讲思想方法,并使他们懂得该学科的发展趋势。在科学研究方面,他做了一系列氨基化合物的旋光性的酸性效应与化学结构的关系,发现了溶剂极性与旋光度的定量关系。他还指导中青年教师对喹唑啉系列杂环化合物的合成和反应进行了比较系统的研究。与此同时还接受了中国科学院上海有机化学研究所庄长恭所长的委托,在北京大学医学院成立了有机化学小组,研究金霉素及其衍生物的合成。他对中青年研究人员的培育方法是采取专业小组讨论会的形式,定期汇报学术思想,交流分析与解决问题的方法,互通信息,议论专业的发展方向。做到“学术交心”。他对工作、学习一贯要求严格、认真。当时的中青年,现在都已担任所、室领导,但他们仍坚持当年的学风。

蒋明谦在教学和指导科研之外,还经常到各地讲学或作工作报告。1953—1982年,他先后到过西北大学、南开大学等10多所高等院校和大连化学物理研究所、上海有机化学研究所等讲学,使教师和科研工作者了解学科发展方向,倡导理论和应用研究密切结合,以促进科学研究工作的发展。

蒋明谦于1952年参加民主同盟,历任该盟北京市委委员。1964年,他还被选为全国人民代表大会第三届代表。

蒋明谦在教学或科研工作中,一直以结构性能定量关系为主要方向。

蒋明谦 - 教学科研

“结构性能定量关系”的启蒙

蒋明谦早在大学生时期就考查到元素周期性的变化是可以用一定公式计算的。1937年,他与薛琴访发表的元素周期性的论文,首次把元素周期性作了定量表征:论文中提出了元素各种周期性的科学分类和周期性方程:

把周期性的数值P表征为原子序数Z,价态V,主量子数n的函数,式中α、β、γ为常数。1953年,美国著名无

机化学家穆勒在他所著的《高等无机化学》一书中详细引述了他们的研究结果和周期性方程,并赞扬他们的论文“很有洞察力”。穆勒写道:“藉助于这个公式并考虑上述周期性的类型,就可以计算周期性的变化,结果与实测的变化相当吻合。用这种计算值对原子序数作图,与实测值的作图的确非常接近”。蒋明谦这些早期论著不仅反映了他的创造性和严谨性,而且也形成了他日后在有机结构理论中所表现出来的独特的科学风格。

蒋明谦自从认识到有机化学从定性向定量过渡的发展趋势后,他在有机化学方面的研究工作,总是以结构性能定量关系为主导思想,寻求有机化合物的结构与性能之间的定量关系就成为他毕生的追求。这个锲而不舍的奋斗目标,成为贯穿他科学事业的一条主线。

化学活性的定量尺度——“诱导效应指数”  

1962年蒋明谦和戴萃辰提出诱导效应指数的新概念和计算任何一个非共轭化合物性能的方法:任何一个基团的诱导效应指数(I),都可以表征为原子B本身对A—B键的影响(i0),B上所带基团或原子对A—B键的累积影响(i),以及B上所带原子或基团的电荷(i士)之和:
  I=i0十i十i±(2)
  i0=δ/r(3)


式中δ/r为极性强度,δ为两个成键原子电负性之差与电负性之和的比值,为键长,1/α(=0.3)为诱导效应传递中的递降率,±N为原子或基团所带的电荷,′为荷电原子的共价半径。从这几个基本参数出发可以计算任何类型的非共轭化合物的分子结构与化学活性间明确而简单的定量关系:诱导效应指数(I)与化学活性(P),包括反应能量,反应速度常数的对数以及反应平衡常数的对数成直线关系;反应生成物产率(%)与诱导效应指数(I)成S形曲线关系。这种方法的特点是用原子电负性表达基团电负性,是根据分子结构最根本的原子特性来计算基团常数。虽然布朗斯台德、哈梅特以及塔夫脱等化学家在三十年代已经提出了某些基团常数,但都是由实验个别指定的。

诱导效应指数的研究论文和专著发表之后,引起国内外广泛重视。1963年美国柯亨等主编的《物理有机化学的进展》第二卷中详细引证了这项成果,并指出“蒋戴文中列举的大量物化性质的数据以及诱导效应指数I与Taftox之间有很好的关联,都表明这篇论文值得重视……”1984年美藉华裔学者凌宁博士在他著的《生命的科学基础》一书中详细介绍了这个理论,并给予很高的评价。他写道:“蒋和戴以最基本的方式对诱导效应进行了探讨。他们不仅提出了一整套新的,叫作诱导效应指数的常数,而且提供了计算任何基团的诱导效应指数的方法和公式,所依据的则是原子的电负性和共价键的键长等一些已知的参数。”“蒋和戴关于诱导效应的研究,最引人注目的方面是它用于反应速度和平衡的预测的普适性。”1964—1987年国内外陆续发表的引用诱导效应指数的论文已有30余篇,广泛用于萃取剂、杀虫剂、杀草剂、缓蚀剂以及抗癌药物的研究中,对选择有效化合物以及预测反应速度和百分产率,起到了理论指导作用。

“同系因子”与“线性规律”

诱导效应指数可以说是成功的解决了非共轭体系结构性能间的定量关系,共轭体系究竟能不能也用一个什么样的参数来解决?蒋明谦经过反复思考和试探,“认为对于共轭体系来说,最主要的结构因素是体现分子整体性的结构因子,而不是体现基团或组分原子特性或相对独立性的基团参数。”因此,寻求代表分子整体性的结构因素就成为研究的方向。经过艰苦的探索,他于1964年找到了一个体现同系物递变的基本结构因素—“同系因子”。1973年周总理“要重视理论研究”的指示以及院所领导的鼓励,更加强了蒋明谦的决心。当时虽然没有实验室,没有助手,更没有计算机,他便用双手一个一个的计算了上万个化合物,归纳出30多种结构和20多种性能,考查了同系因子的适用性,都得到了意想不到的良好直线,“同系线性规律”终于被他发现了。到1976年,他完成了奠定同系线性规律的10篇论文,1980年出版了53万字的专著《有机化合物的同系线性规律》 (英文版于1987年出版)。

同系线性规律表明:同系物中各分子轨道能量(E)、各能级差量(△E)以及依存于它们的各种物理化学性能(P),都是同系因子(1/α)(2/n)的线性函数:

式中α为能级序数,为同系序数,它们都是简单正整数。

同系线性规律适用范围非常广泛,包括38种结构类型的化合物和20多种物理化学性能,结构性能关联情况亦良好。例如在69个同系列的159组吸收峰数据中相关系数属于优(86%)和良(13%)的占总数99%以上。表明规律是相当精确的,并且是不可移易的。例如化合物吸收峰的波数与同系因子是严格对应的。同系序数稍有改变,线性关系就不能保持。这就表明同系线性关系所反映的结构性能关系确是一种真正的内在规律。同系线性规律也概括了性能之间的关系。凡符合此规律的各种性能,只要是同一的同系因子,它们之间也都应有线性关系。

对于含有取代基的同系物系列,取代基对于性能的影响,以由诱导效应指数和共轭效应组成的代基当量(S)来表示,基干化合物的同系序数加上代基当量就可以得到扩大的同系方程:

应用扩大的同系方程计算了2000种以上的各类型化合物的光谱吸收峰,误差在士5nm以内的占83%,在±10nm以内的占94%。

同系线性规律阐明了化合物中分子的整体性与基团相对独立性之间的对立统一关系。可以判断分子中基干结构与取代基的不同效应,指导理论有机的研究。可应用于分子设计,对有机合成有指导意义。

有机物分子结构和性能间的定量关系,自30年代以来,就有许多人从事广泛研究,但一直没找到一种准确普遍的规律。在1976年朗伯等著的一本《有机结构分析》书中曾画了一对同系物能级的线性递变关系的示意图,表明近年来还有人在找同系直线。

《同系线性规律》发表后,立即引起国内外化学家广泛关注,认为是在物质结构与性能关系研究上的新突破。物理化学家徐光宪著文论证了同系线性规律的量化基础;有机化学家高振衡在联多苯的结构与性能关系中论证了同系线性规律,并发现某些化合物的激发能也服从同系线性规律;高振衡教授编的《物理有机化学》 、俞凌翀教授编的《基础理论有机化学》以及张自义教授等编的《物理有机化学概要》都详细引述了蒋明谦关于分子结构和性能间定量关系中提出的诱导效应指数和同系线性规律。 国外先后有19个国家的几十位科学家来函索取论文单行本,法国巴黎第六大学教授国际量子化学会会长普尔曼邀请蒋明谦出国参加学术交流,瑞典隆德大学萨纳教授发表的一篇文章,“认为用指数函数表达同系物的递变是合理的”。国内引用发表的论文,除理论研究工作外,已应用到“气液色谱固定液”的研究。

诱导效应指数和同系线性规律于1978年获全国科学大会奖,于1982年获全国自然科学二等奖。

蒋明谦 - 共轭效应

1976年蒋明谦这项结构性能定量关系的研究被中国科学院定为重点研究课题。化学所为他成立了研究室,招收了研究生。当年他已年近古稀,但还是满怀壮志。在他的一首诗中有这样两句:“七十而今并不稀,……脑清如水思潮涌,老马临风欲奋飞。”他一面培养研究生,一面抓科研。在同系线性规律的基础上,对复杂共轭体系中各种共轭基团相互间的结合效应进行研究,找出共轭效应的结合规律。通过实验,不仅验证了同系线性规律的普遍性、精确性和专一性,且确切表明了它是度量分子基干上的同系递变效应,以及支链、取代基效应的一个可靠的尺度。用这尺度定量地证明了各共轭基团之间的共轭效应,不仅要受到分子中各基团结合方式的限制,依赖于一定的分子结构条件,而且是有一定的结合规律的。他还发现了几种特殊的结构效应,即反向端基、端外基团、分岔基团、侧联基团和折并基团等结合效应,实验表明:当共轭基团以上述几种方式结合时,都不能传递分子基干上的共轭极化作用。由于这些特殊基团效应的发现,不但可以准确地判别复合分子中的基干与支链、端基与分岔,而且可以定量地计算出各类基团对性能的影响。这样就为判断基团结构效应、选择基团、设计具有一定性能的分子结构提供一种理论依据;为研究复杂共轭化合物结构性能关系提出一种新途径。近十年内发表研究论文二十余篇,1987年出版了专著《共轭基团结合效应》 ,1990年获中国科学院自然科学二等奖。

为了阐明上述规律的由来,蒋明谦提出了“共轭环节”的概念,认为复杂共轭体系是由若干环节组成,每个环节包括一个贯通的共轭极化体系,环节之间是以一个不能通过共轭极化效应的原子或基团连结起来的。他提出的这个新概念已初步经过他的博士研究生的三篇论文予以验证,得到了肯定的结果。

蒋明谦先后发表研究论文70余篇,专著4种,这些著作至今仍为国内外广泛引用,并获较高评价。

蒋明谦在学术上取得这些令人瞩目的成就决不是偶然的,早在学生时代就养成了独立思考的习惯,培养了善于分析问题的能力及刻苦、严谨的工作作风。他非常重视理论有机的历史发展,以及当代化学的发展趋势,他较早地认识到整个化学将向定量化发展,因此,寻求有机化合物的结构性能定量关系就成了他奋斗的目标。他以惊人的毅力、顽强的拼搏取得了创造性的成果,光明日报以“扑不灭的灯火”报道了他的事迹(1978年3月18日)。他不仅是一位勇于夺魁的选手,也是一位善于育人的教练。光明日报曾以《是选手又是教练》报道了他教导学生和培养中青年教师以及科学工作者的事迹(1963年5月8日)。蒋明谦常说:“要学戏不仅要在前台看演戏,而且要到后台看排戏,还要亲自参加演出”。因此,他经常向他的学生坦诚地讲述他走过的弯路和失误,讲述他的新观念孕育和形成的过程,使他们受到教益。他执教多年,桃李满园,如今不少已是各自领域中的专家和学术带头人,这是他在培养人才方面的贡献。蒋明谦将毕生精力奉献给祖国的科学事业。

蒋明谦 - 主要论著

1 蒋明谦.高等药物化学.北京:科学出版社,1958.
2 蒋明谦,戴萃辰.诱导效应指数.北京:科学出版社,1963.
3 蒋明谦.分子结构与化学活性间的定量关系V.反应百分率与S曲线的方程式.分子科学与化学研究,1982(2),1—14.
4 蒋明谦.分子结构与物理化学性能间的定量关系——同系线性规律.化学通报,1977(4),20—27.
5 蒋明谦.Ⅲ.联苯链物与骈苯链物电子光谱中的同系线性规律.化学学报,1978,36(2):89—106.
6 蒋明谦.Ⅳ.共轭多炔链物电子光谱中的同系线性规律.化学学报,1980,38(1):18—40.
7 蒋明谦.有机化合物的同系线性规律.北京:科学出版社,1980.英文版,1987.
8 蒋明谦,戴萃辰.烯炔链物反向端基效应.吉林大学自然科学学报,1980,(3):93—106.
9 蒋明谦,戴萃辰.三岔共轭体系中的结构效应.兰州大学学报,1980(4):16—132.
10 蒋明谦,胡惟孝.苯多烯酮酯共轭体系结构性能定量关系的研究.化学学报,1983,41(1):26—40.
11 蒋明谦,虞忠衡.呋喃多烯酸酯类三岔共轭体系结构性能定量关系.结构化学,1983,2(2):121—134.
12 蒋明谦,褚文华.电子等排体的噻吩多烯与苯多烯同系递变的比较.化学学报,1987,45,829—835.
13 蒋明谦.共轭基团结合效应.北京:科学出版社,1987.
14 蒋明谦,褚文华,戴萃辰.羰桥双共轭体系结构效应的研究I.羰桥两边支链的共轭竞争.化学学报,1990,48,1000—1005.
15 蒋明谦,李桂英,戴萃辰.羰氨双桥共轭体系结构效应的研究.中国科学B辑,1991(5),449—457.
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